AT528211B1 - Verfahren zum Herstellen eines metallischen Vorprodukts - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Vorprodukts (1) aus einem metallischen Werkstoff für die Herstellung eines Formteils (3) umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Rohlings (2), - Erhitzen des Rohlings (2) auf zumindest die Lösungsglühtemperatur des metallischen Werkstoffes, - Abschrecken zumindest eines Bereichs des Rohlings (2) auf eine zweite Temperatur, - Behandeln des abgeschreckten Rohlings (2) bei einer dritten Temperatur, die höher ist als die zweite Temperatur; - Abkühlen des Rohlings (2) von der dritten Temperatur auf eine vierte Temperatur. Der Rohling (2) wird nach dem Erhitzen auf die erste Temperatur und vor dem Erhitzen auf die dritte Temperatur einer Zug- und/oder Druckbelastung ausgesetzt.

Description

Ss N

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Vorprodukts aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, für die Herstellung eines Formteils umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Rohlings, Erhitzen des Rohlings auf eine erste Temperatur, die zumindest die Lösungsglühtemperatur des metallischen Werkstoffes ist, Abschrecken des Rohlings oder zumindest eines Bereichs des Rohlings auf eine zweite Temperatur, zur Vermeidung einer Umkristallisation des bei der ersten Temperatur gebildeten Gefüges des metallischen Werkstoffes, Behandeln des abgeschreckten Rohlings bei einer dritten Temperatur, die höher ist als die zweite Temperatur und Abkühlen des Rohlings von der dritten Temperatur auf eine vierte Temperatur.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils aus einem Vorprodukt aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, wonach das Vorprodukt in einem Formwerkzeug umgeformt wird.

[0003] Zudem betrifft die Erfindung eine Anlage zum Herstellen eines Vorprodukts aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, für die Herstellung eines Formteils, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, umfassend eine erste Vorrichtung zur Erhitzung eines Rohlings aus dem metallischen Werkstoff auf eine erste Temperatur, eine erste Abkühleinrichtung für das zumindest bereichsweise Abschrecken des Rohlings auf eine zweite Temperatur, und eine zweite Vorrichtung zur Erhitzung des Rohlings auf eine dritte Temperatur.

[0004] Für die Herstellung von Bauteilen für den Automotive- und Aerospace-Bereich werden aus Gewichtsgründen häufig aushärtbare Aluminiumlegierungen der Gruppen 2xxx, 6xxx, 7Xxxx eingesetzt. Ein üblicher Weg der Herstellung ist dabei, dass von einem Halbzeuglieferanten ein Metallband als Coil geliefert wird, das einem Lösungsglühen mit anschließendem Abschrecken und einer Alterung unterworfen worden ist. Vor dem Umformen muss der Hersteller der Bauteile das Halbzeug noch einmal für eine kurze Zeitspanne erhitzen.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Herstellung von Formteilen für Automotive- und Aerospace-Anwendungen für den Formteilproduzenten zu vereinfachen.

[0006] Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, nach dem vorgesehen ist, dass der Rohling nach dem Erhitzen auf die erste Temperatur und vor dem Erhitzen auf die dritte Temperatur einer Zug- und/oder Druckbelastung ausgesetzt wird.

[0007] Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Verfahren zur Herstellung des Formteils gelöst, nach dem das Vorprodukt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.

[0008] Zudem wird die Aufgabe der Erfindung mit der eingangs genannten Anlage gelöst, bei der zwischen der ersten und der zweiten Vorrichtung zur Erhitzung des Rohlings eine Vorrichtung zur Zug- und/oder Druckbeaufschlagung des Rohlings angeordnet ist.

[0009] Von Vorteil ist dabei, dass durch die Zug- und/oder Druckbeaufschlagung die Zugfestigkeit und Dehnung des Werkstoffes des Rohlings verbessert werden kann. Dies wiederum ermöglicht eine verbesserte Umformbarkeit des Vorproduktes zum Bauteil. Die verbesserte Umformbarkeit reduziert die Fehlproduktion aufgrund von Mikrorissen, etc. Zudem kann damit auch eine verbesserte Ebenheit des Vorproduktes erreicht werden, die sich ebenfalls auf die Verbesserung der Umformbarkeit auswirkt, da Inhomogenitäten aufgrund von zusätzlicher Materialverdrängung beim Umformprozess besser vermieden werden können.

[0010] Zur Vergleichmäßigung der Zug- und/oder Druckbeaufschlagung des Rohlings kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen werden, dass die Zug- und/oder Druckbelastung durch zumindest einmaliges Umlenken des Rohlings in einem Walzwerk durchgeführt wird. Die Anlage kann hierfür als Vorrichtung zur Zug- und/oder Druckbeaufschlagung ein Walzwerk aufweisen.

A ‚hes AT 528 211 B1 2025-11-15

Ss N

[0011] Insbesondere für aushärtbare Aluminiumlegierungen hat es sich aus Versuchen als vorteilhaft erwiesen, wenn nach einer Ausführungsvariante der Erfindung der Rohling einer Zugspannung zwischen 50 N/mm? und 200 N/mm? und/oder einer Druckspannung zwischen 50 N/mm? und 200 N/mm? ausgesetzt wird.

[0012] Zur weiteren Verbesserung der vorgenannten Effekte kann nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass der Rohling mehrmals hintereinander einer Zugbeanspruchung und einer Druckbeanspruchung ausgesetzt wird.

[0013] Zur weiteren Verbesserung der Umformbarkeit kann nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass der Rohling vor dem Behandeln bei der dritten Temperatur auf eine fünfte Temperatur erhitzt wird, die höher ist, also die dritte Temperatur. Es ist damit möglich aufgebaute, übermäßige Spannungen im Vorprodukt abzubauen. Zudem hat diese Ausführungsvariante den Vorteil, dass eine Erhitzung des Vorprodukts beim Formteilproduzenten vor der Umformung des Vorprodukts nicht mehr notwendig ist. Damit kann eine zusätzliche Vorrichtung zur Erhitzung des Vorprodukts beim Formteilproduzenten eingespart werden. Dies reduziert einerseits die Investitionskosten beim Formteilproduzenten und erhöht andererseits die Wertschöpfung beim Vorproduktproduzenten. Zudem besteht damit die Möglichkeit, die Anlage auch anderwärtig einzusetzen.

[0014] Vorzugsweise ist nach einer Ausführungsvariante dazu die fünfte Temperatur niedriger gewählt wird als die erste Temperatur, um Änderungen im Gefüge nach der Zug- und/oder Druckbeaufschlagung des Rohlings vermeiden zu können.

[0015] Zur Verbesserung der Temperaturbehandlung des Rohlings bei der vierten Temperatur kann nach Ausführungsvarianten der Erfindung vorgesehen werden, dass die fünfte Temperatur um 50 °C bis 150 °C höher gewählt wird als die dritte Temperatur und/oder dass der Rohling für eine Zeitspanne bis zu 300 Sekunden auf der fünften Temperatur gehalten wird.

[0016] Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Rohling von der fünften Temperatur mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 1 K/s und 20 K/s auf die dritte Temperatur abgekühlt wird. Es können damit Relaxationseffekte in der Zeitspanne zwischen der Behandlung des Rohlings bei der vierten und der dritten Temperatur vermieden werden.

[0017] Ein besserer Erhalt der eingestellten mechanischen Eigenschaften kann mit einer Ausführungsvariante der Erfindung erreicht werden, nach der der Rohling mit der dritten Temperatur zu einem Coil aufgewickelt wird. Die Anlage kann dazu nach der zweiten Vorrichtung zur Erhitzung des Rohlings eine Coil-Wickelvorrichtung aufweisen. Es ist damit möglich, ein gut formbares Vorprodukt zur Verfügung zu stellen, das auch ohne Kaltlagerung ein stabiles Eigenschaftsprofil aufweist.

[0018] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0019] Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

[0020] Fig. 1 einen Verfahrensablauf zur Herstellung eines Vorprodukts für ein metallisches Formteil in Form eines Flussschemas:;

[0021] Fig. 2 eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Fig. 1;

[0022] Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Fig. 1;

[0023] Fig. 4 eine Anlage zur Herstellung eines Formteils; [0024] Fig. 5 ein Zeit-Temperatur-Diagramm des Verfahrens nach Fig 1.

[0025] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf

A ‚hes AT 528 211 B1 2025-11-15

Ss N

gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0026] In Fig. 1 ist ein Flussdiagramm für eine Ausführungsvariante eines Verfahrens zum Herstellen eines Vorprodukts 1 (auch als Halbzeug bezeichenbar) aus einem Rohling 2 (siehe Fig. 2) aus einem metallischen Werkstoff dargestellt. Der Werkstoff ist bevorzugt eine wärmebehandelbare bzw. aushärtbare Aluminiumlegierung, besonders bevorzugt eine Aluminiumlegierung der 2XXX, der 6XXX und der 7XXX Reihen. Der Werkstoff kann aber auch durch ein andere Leichtmetalllegierung gebildet sein, wie beispielswiese eine Magnesium-Aluminium-Lithium-Legierung, oder durch eine andere metallische Legierung. Bevorzugt wird mit dem Verfahren nach der Erfindung ein Bauteil bzw. Formteil 3 (siehe Fig. 4) für den Automotiv- oder Aerospace-Bereich hergestellt, wie z.B. ein Karosseriebauteil, ein Rumpfbauteil, etc.

[0027] Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: [0028] Schritt A: Bereitstellen des Rohlings 2.

[0029] Schritt B.: Erhitzen des Rohlings 2 auf eine erste Temperatur, die zumindest die Lösungsglühtemperatur des metallischen Werkstoffes ist.

[0030] Schritt C: Abkühlen bzw. Abschrecken des Rohlings 2 oder zumindest eines Bereichs des Rohlings 2 auf eine zweite Temperatur zur Vermeidung einer Umkristallisation des bei der ersten Temperatur gebildeten Gefüges des metallischen Werkstoffes.

[0031] Schritt D: Aufbringen einer Zug- und/oder Druckbelastung auf den Rohling 2.

[0032] Schritt E: Erhitzen zumindest eines Bereichs des Rohlings 2 oder des Rohlings 2 auf eine dritte Temperatur, die höher ist als die zweite Temperatur.

[0033] Schritt F: Abkühlen des Rohlings 2 von der dritten Temperatur auf eine vierte Temperatur.

[0034] Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt, wobei ein weiterer Verfahrensschritt oder mehrere weitere Verfahrensschritte im Verfahrensablauf zwischen den Schritten A bis F durchgeführt werden können, wie dies nachstehend noch ausgeführt wird. Die Schritte A bis F können aber auch unmittelbar nacheinander ausgeführt werden.

[0035] Der Rohling 2 ist - wie dargestellt - insbesondere ein Metallband, kann aber auch eine Metallplatine sein.

[0036] In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante einer Anlage 4 dargestellt, anhand derer das voranstehend beschriebene Verfahren näher erläutert wird, d.h. die Verfahrensschritte A bis F.

[0037] Im Schritt A wird der Rohling 2 bevorzugt als Band bereitgestellt. Dazu kann das Band von einem sogenannten Coil 5 abgewickelt werden. Die Anlage 4 kann dazu eine entsprechende Vorrichtung 6 zur drehbaren Lagerung bzw. Aufnahme des Coils 5 aufweisen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 6 einen Dorn oder eine Welle aufweisen, auf den/die der Coil 5 aufgesteckt wird. Die Vorrichtung 6 kann aber beispielsweise auch einen Roboterarm aufweisen, beispielsweise wenn der Rohling 2 nicht als Band, sondern als Platine bzw. plattenförmig zugeführt wird. Generell kann die Vorrichtung 6 auch anders ausgeführt sein, solange sie die Aufgabe erfüllt, dass damit der Rohling 2 bereitgestellt werden kann.

[0038] Im Schritt B wird der Rohling 2 in einer ersten Vorrichtung 7 (im Folgenden nur mehr als Vorrichtung 7 bezeichnet) zur Erhitzung des Rohlings 2 zumindest auf einer erste Temperatur erhitzt. Die erste Temperatur ist die Lösungsglühtemperatur. Der Rohling 2 kann auch auf eine erste Temperatur erhitzt werden, die höher ist als die Lösungsglühtemperatur. In diesem Fall ist diese erste Temperatur mindestens um 3 °C bis 5 °C geringer als die Solidustemperatur des Werkstoffes. Beispielsweise kann der Rohling 2 auf einer erste Temperatur erhitzt werden, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 450 °C bis 600 °C.

A ‚hes AT 528 211 B1 2025-11-15

Ss N

[0039] Die Lösungsglühtemperatur ist jene Temperatur, bei der beim Lösungsglühen Legierungselemente bei hoher Temperatur im Mischkristall der Legierung gelöst werden. Für Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen beträgt diese Temperatur zwischen 450°C bis 590°C. Generell kann die Lösungsglühtemperatur auch zwischen 450 °C und 560 °C betragen.

[0040] Das Erhitzen des Rohlings 2 auf die erste Temperatur erfolgt bevorzugt in einer kontinujerlich arbeitenden ersten Vorrichtung 7, insbesondere einem Durchlaufofen wie einem Tunnelofen oder bevorzugt einem Rollenherdofen, insbesondere wenn der Rohling 2 als Band bereitgestellt und verarbeitet wird. Es kann aber auch eine diskontinuierlich arbeitende erste Vorrichtung 7 verwendet werden, wie z.B. ein Herdofen, ein Herdwagenofen, ein Mehrkammerofen, etc., wenn der Rohling 2 in kleineren Größen, wie beispielsweise als Platine, verarbeitet wird.

[0041] Der Transport des Rohlings 2 in einer kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung 7 bzw. generell in der Anlage 4 kann z.B. auf Rollen (wie in Fig. 3 andeutungsweise dargestellt) oder Gurten erfolgen.

[0042] Vorzugsweise wird der Rohling 2 mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit vom Einlauf bis zum Auslauf der Vorrichtung 7 durch diese bewegt.

[0043] Der Rohling 2 kann innerhalb einer Zeitspanne zwischen 0,1 Minuten und 30 Minuten auf die erste Temperatur in der Vorrichtung 7 erhitzt werden. Vorzugsweise wird der Rohling 2 für eine Zeitspanne zwischen 0,1 Minuten und 5 Minuten auf dieser ersten Temperatur gehalten.

[0044] Das Erhitzen des Rohlings 2 kann beispielsweise mit Gas erfolgen. In der bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt das Erhitzen des Rohlings 2 mit elektrischen Heizelementen.

[0045] Im Schritt C wird der auf die erste Temperatur erhitzte Rohling 2 (d.h. ein Abschnitt des Rohlings 2 im Falle eines Metallbandes) oder zumindest ein Bereich des Rohlings 2 (bzw. des Abschnittes des Rohlings 2) auf eine zweite Temperatur abgeschreckt bzw. abgekühlt. Beispielsweise kann der Rohling 2 auf eine Temperatur zwischen 250 °C und 150 °C abgeschreckt werden. Falls nur zumindest ein Bereich des Rohlings 2 (bzw. des Abschnittes des Rohlings 2) auf eine zweite Temperatur abgeschreckt wird, kann der restliche Bereich des Rohlings 2 (bzw. des Abschnittes des Rohlings 2) auf die zweite Temperatur oder eine davon verschiedene Temperatur mit einer anderen Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt werden, um damit im Rohling 2 ein abschnittsweise unterschiedliches Eigenschaftsprofil zu erhalten.

[0046] Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass im Fall der Bearbeitung eines Bandes immer nur ein Abschnitt davon durch die einzelnen Bereiche der Anlage 4 läuft. Wenn daher in der Beschreibung angeführt wird, dass der Rohling 2 erhitzt oder abgekühlt wird oder auf eine andere Art bearbeitet wird, dann sind im Falle einer Durchlaufanlage, wie diese in Fig. 2 schematisch wiedergegeben ist, nur Abschnitte des Rohlings 2 angesprochen.

[0047] Das Abschrecken bzw. Abkühlen erfolgt in einer ersten Abkühleinrichtung 8 (im Folgenden nur mehr als Abkühleinrichtung 8 bezeichnet). Die Abkühlreinrichtung 8 kann ein Luftkühler und/oder ein Flüssigkeitskühler, insbesondere ein Wasserkühler sein. Dazu kann die Abkühleinrichtung 8 z.B. mehrere Düsen oder Düsenbalken aufweisen, aus denen das Kühlmedium zum Abschrecken des Rohlings 2 austritt. Der/die Kühlmediumstrahl(e) kann/können direkt auf den Rohling 2 gerichtet werden.

[0048] Nach einer Ausführungsvariante dazu kann auch vorgesehen werden, dass der Rohling 2 zumindest bereichsweise mit einem Kontaktkühler abgeschreckt wird. Die Abkühleinrichtung 8 kann dazu zumindest einen Kontaktkühler bzw. ein Kontaktkühlelement aufweisen.

[0049] Der Kontaktkühler kann z.B. einen Kühlkörper aufweisen, an dem eine Vielzahl von Kühlelementen angeordnet sind, die relativ zum Kühlkörper verstellbar sind.

[0050] Der Kühlkörper kann dazu Aufnahmebohrungen aufweisen, in denen die Kühlelemente in ihrer Ruhestellung aufgenommen sind und aus denen sie einzeln oder in Gruppen in ihre Arbeitsstellung, in der sie an dem Rohling 2 anliegen, verstellt werden können. Andere Formen bzw. Ausgestaltungen von Kontaktkühlern sind ebenfalls einsetzbar.

A ‚hes AT 528 211 B1 2025-11-15

Ss N

[0051] Das Abschrecken des Rohlings 2 kann einseitig (von oben oder von unten) oder zweiseitig (von oben und von unten) erfolgen.

[0052] Das Abschrecken des Rohlings 2 auf die zweite Temperatur kann mit jeder geeigneten Abschreckgeschwindigkeit erfolgen, mit der ein im Schritt B ausgebildetes Gefüge „eingefroren“ werden kann. Insbesondere ist die Abkühleinrichtung 8 der Anlage 4 zur Abschreckung des Rohlings 2 auf eine Temperatur zwischen 450 °C und 200 °C innerhalb einer Zeitspanne von 1 Sekunden bis 300 Sekunden ausgebildet.

[0053] Nach einer Ausführungsvariante kann das Abschrecken des Rohlings 2 zumindest im Temperaturbereich zwischen der Lösungsglühtemperatur und 250 °C mit einer Abschreckgeschwindigkeit zwischen 1 K/s und 300 K/s, insbesondere zwischen 1 K/s und 200 K/s erfolgen. Derartige Abkühlgeschwindigkeiten werden vorzugsweise für wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen verwendet.

[0054] Der Rohling 2 kann aber auch bis zur zweiten Temperatur mit dieser Abschreckgeschwindigkeit abgekühlt werden.

[0055] In Fig. 2 ist die Abkühleinrichtung 8 beabstandet zur Vorrichtung 7 dargestellt. Die Abkühleinrichtung 8 kann aber auch unmittelbar an die Vorrichtung 7 anschließend angeordnet sein. Gegebenenfalls können die Vorrichtung 7 und die Abkühleinrichtung 8 eine gemeinsame Einrichtung der Anlage 4 bilden.

[0056] Nach dem Abschrecken im Schritt C wird der Rohling 2 bzw. der zumindest eine Bereich 3 im Schritt D einer Zugbehandlung oder einer Druckbehandlung oder bevorzugt einer Zug- und Druckbehandlung unterzogen. Dazu kann die Anlage 4 für die Zug- und/oder Druckbeanspruchung des Rohlings 2 mit einer Vorrichtung 9 zur Zug- und/oder Druckbeaufschlagung des Rohlings 2 (im Folgenden nur mehr als Vorrichtung 9 bezeichnet) aufweisen.

[0057] Prinzipiell kann die Vorrichtung 9 jede zur Zug- und/oder Druckbeanspruchung des Rohlings 2 geeignete Vorrichtung 9 sein, beispielsweise eine (mitfahrende) Einspannvorrichtung, mit der ein Zug auf den Rohlings 2 ausgeübt werden kann oder ein Stempel, mit dem ein Druck auf den Rohling 2 ausgeübt werden kann.

[0058] Gemäß einer bevorzugten und in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung erfolgt die Zug- und/oder Druckbeanspruchung (bzw. -belastung) durch ein zumindest einmaliges Umlenken des Rohlings 2 in einem Walzwerk. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante wird der Rohling 2 vier Mal umgelenkt. Für das Umlenken sind in dieser Ausführungsvariante vier drehbar gelagerte Umlenkwalzen 10 vorgesehen. Dabei wird der Rohling 2 aus der horizontalen Richtung in eine vertikale Richtung nach oben, aus dieser wieder in die Horizontale Richtung, aus dieser wieder in eine vertikale Richtung nach unten und aus dieser wieder in die Horizontale umgelenkt. Die Umlenkung kann beispielsweise um einen Winkel zwischen 60 ° und 270 ° erfolgen. Die höheren Werte der Umlenkung können erreicht werden, wenn die oberen Umlenkwalzen 10 weiter voneinander beabstandet sind als die unteren Umlenkwalzen 10.

[0059] Es sei angemerkt, dass dieser Verlauf der Umlenkungen nur eine Ausführungsvariante der Erfindung ist. Andere Verläufe von Umlenkungen sind ebenfalls möglich, solange damit auf den Rohling 2 eine Zugbelastung im Sinne des Schrittes D ausgeübt wird. Beispielsweise kann auch nur eine einmalige Umlenkung des Rohlings 2 erfolgen, wenn die Weiterbearbeitung des Rohlings 2 in dieser durch die Umlenkung neuen Richtung erfolgt.

[0060] Für die Aufbringung der Druckbelastung auf den Rohling 2 ist zumindest eine Druckwalze 11 vorgesehen, die mit einer der Umlenkwalzen 10 zusammenwirkt, d.h., dass zwischen der Umlenkwalze 10 und der Druckwalze 11 ein Spalt ausgebildet ist, durch den der Rohling 2 unter Druckbeanspruchung hindurchgeführt wird.

[0061] In der dargestellten Ausführungsvariante ist nur eine Druckwalze 11 an der letzten Umlenkung vorgesehen. Die Druckwalze 11 kann aber auch mit einer anderen Umlenkwalze 10 zusammenwirkend angeordnet sein, bzw. können in der Vorrichtung 9 mehrere Paare von Umlenkund Druckwalzen 10, 11 angeordnet sein.

A ‚hes AT 528 211 B1 2025-11-15

Ss N

[0062] Weiter ist es möglich, dass die Druckbelastung des Rohlings 2 mit zumindest zwei zusammenwirkenden Druckwalzen 11 erfolgt zwischen denen der voranstehende genannte Spalt ausgebildet ist, wie dies in Fig. 2 strichliert als Ausführungsvariante der Anlage 4 angedeutet ist.

[0063] Zur Erhöhung der Zugbelastung kann vorgesehen sein, dass eine der Umlenkwalzen 10 und/oder zumindest eine Druckwalze 11 mit einer höheren Geschwindigkeit läuft, sodass der Rohling 2 mit einer im Vergleich zur Fördergeschwindigkeit durch die Vorrichtung 9 und die Abkühleinrichtung 8 höheren Geschwindigkeit durch die Vorrichtung 9 läuft. Die Vorrichtung 9 kann dazu entsprechende Antriebe für zumindest einzelne der Walzen aufweisen. Es ist alternativ oder zusätzlich dazu auch möglich, dass am Ende der Behandlung der Rohling 2, d.h. das daraus gebildete Vorprodukt 1, mit einer Coil-Wickelvorrichtung 12 wieder aufgewickelt wird und dass diese Coil-Wickelvorrichtung 12 angetrieben wird/ist und die höhere Geschwindigkeit des Rohlings 2 in der Vorrichtung 9 bewirkt.

[0064] Es sei angemerkt, dass bevorzugt in der Vorrichtung 9 keine Formgebung im herkömmlichen Sinn erfolgt, also insbesondere auch keine bzw. nur eine geringfügige Verringerung der Dicke des Rohlings 2. Aus diesem Grund ist auch der voranstehend angesprochene Spalt zwischen den Walzen so eingestellt bzw. ausgebildet ist, dass die Dehnung im Rohling 2 kleiner als 1% ist. Eine Längenänderung des Rohlings 2 im Zuge der Durchführung des Verfahrens ist kleiner als 3 %, bezogen auf die Länge des im Schritt A bereitgestellten Rohlings 2.

[0065] Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Zug- und/oder Druckbeanspruchung im Schritt D kann vorgesehen sein, dass der Rohling 2 einer Zugspannung zwischen 50 N/mm? und 200 N/mm? und/oder einer Druckspannung zwischen 50 N/mm? und 200 N/mm? ausgesetzt wird. Obwohl auch andere Zug- und Druckbeanspruchungen möglich sind, d.h. außerhalb dieser Wertebereiche, ist die Einhaltung dieser Wertebereiche in Hinblick auf die spätere Formgebung des Vorproduktes 1 von Vorteil, beispielsweise in Hinblick auf die Planheit und das Altern des Vorprodukts 1.

[0066] Nur der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass sich die Zugspannung aus der auf den Rohling 2 einwirkenden Zugkraft / Querschnittsfläche des Rohlings 2 und die Druckspannung aus auf den Rohling 2 einwirkenden Druckkraft / der mit der Druckkraft beaufschlagten Fläche des Rohlings 2 ergibt.

[0067] Wie bereits angesprochen kann der Rohling 2 nach einer Ausführungsvariante mehrmals hintereinander einer Zugbeanspruchung und einer Druckbeanspruchung ausgesetzt werden. Eine mögliche Ausgestaltung der Vorrichtung 9 für diese Ausführungsvariante ist in Fig. 3 gezeigt. Dabei sind an den unteren Umlenkungen zur Zugbelastung des Rohlings 2 jeweils nur Umlenkwalzen 10 angeordnet. An den oberen Umlenkungen sind zur Druckbeanspruchung des Rohlings 2 hingegen jeweils Walzenpaare aus Umlenkwalzen 10 und Druckwalzen 11 angeordnet.

[0068] Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass im Fall von einem Walzenpaar aus einer Umlenkwalze 10 und einer Druckwalze 11 die Umlenkwalze 10 auch einen Druck auf den Rohling 2 ausübt, also nicht nur die Umlenkfunktion hat.

[0069] Die in Fig. 3 dargestellte Anzahl an Umlenkwalzen 10 und Druckwalzen 11 bzw. an Walzenpaaren soll nur beispielhaft verstanden werden. Es können auch mehr oder weniger dieser Walzen angeordnet werden.

[0070] Weiter sind die unteren Umlenkwalzen 10 auf einer gleichen Höhe und die oberen Walzenpaare ebenfalls auf gleicher Höhe angeordnet, sodass die Wegstrecken zwischen den Umlenkungen des Rohlings 2 gleich lang sind. Es besteht jedoch die Möglichkeit, diese Wegstreckung unterschiedlich auszubilden, um beispielsweise den Rohling 2 unterschiedlichen Zugbelastungen auszusetzen. Dazu können ein oder mehrere der unteren Umlenkwalzen 10 und/oder ein oder mehrere der Walzenpaare auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sein.

[0071] Der Schritt D kann bei der zweiten Temperatur des Rohlings 2 durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Zug- und/oder Druckbelastung zumindest in Abschnitten der Vorrichtung 9 bei einer geringfügig höheren Temperatur durchgeführt wird. Zur Einhaltung einer bestimmten, gewünschten Temperatur kann die Vorrichtung 9 auch mit zumindest einem Heiz-

A ‚hes AT 528 211 B1 2025-11-15

Ss N

und/oder Kühlelement ausgestattet sein. Für die gegebenenfalls erfolgende Kühlung wird dabei vorzugsweise kein flüssiges Fluid verwendet.

[0072] Dem Verfahrensablauf folgend wird der Rohling 2 nach der Zug- und/oder Druckbelastung im Schritt E auf die dritte Temperatur erhitzt. Das Erhitzen kann entweder sofort oder nach einer Haltezeit ausgewählt aus einem Bereich von 1 Minuten bis 5 Minuten erfolgen. Hierfür weist die Anlage 4 eine zweite Vorrichtung 13 zur Erhitzung des Rohlings 2 (im Folgenden nur mehr als Vorrichtung 13 bezeichnet) auf. Die Haltezeit kann dabei über den Abstand zwischen dieser Vorrichtung 13 von der Vorrichtung 9 und der Fördergeschwindigkeit des Rohlings 2 definiert werden.

[0073] Prinzipiell kann die Vorrichtung 13 die Vorrichtung 7 sein, d.h. dass der Rohling 2 wieder in die Vorrichtung 7 überführt wird und dort auf die dritte Temperatur erhitzt wird, wenn der Rohling 2 eine Platine ist. In der bevorzugten Ausführungsvariante der Anlage 4 weist diese jedoch eine von der Vorrichtung 7 gesonderte Vorrichtung 13 auf, sodass also der Rohling 2 im Durchlauf durch die Anlage 4 bearbeitet werden kann.

[0074] Die Vorrichtung 13 kann gleich zur Vorrichtung 7 ausgeführt sein, sodass die Ausführungen zur Vorrichtung 7 in dieser Beschreibung auch auf die Vorrichtung 13 anwendbar bzw. übertragbar sind. Dementsprechend erfolgt das Erhitzen des Rohlings 2 auf die dritte Temperatur bevorzugt in einer kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung 13, insbesondere einem Durchlaufofen wie einem Tunnelofen oder bevorzugt einem Rollenherdofen.

[0075] Der Rohling 2 wird bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 80 °C und 350 °C, beispielsweise zwischen 175 °C und 250 °C, als dritte Temperatur erhitzt.

[0076] Der Rohling 2 kann innerhalb einer Zeitspanne zwischen 1 Minuten und 10 Minuten auf die dritte Temperatur in der Vorrichtung 13 erhitzt werden. Vorzugsweise wird der Rohling 2 für eine Zeitspanne zwischen 2 Minuten und 5 Minuten auf dieser dritten Temperatur gehalten bzw. dieser Temperatur ausgesetzt.

[0077] Im Schritt E dieser Ausführungsvariante des Verfahrens erfolgt ein Voraltern des Rohlings 2, bevor er im Schritt F von der dritten Temperatur auf die vierte Temperatur abgekühlt wird. Die vierte Temperatur kann z.B. die Raumtemperatur sein.

[0078] Zur Abkühlung im Schritt F weist die Anlage 4 eine zweite Abkühleinrichtung 14 (im Folgenden nur mehr als Abkühleinrichtung 14 bezeichnet) auf. Bezüglich der Abkühleinrichtung 14 sei auf die voranstehenden Ausführungen zur Abkühleinrichtung 8 verwiesen, die entsprechend übertragen werden können. Die Abkühleinrichtung 14 kann aber auch anders aufgeführt sein.

[0079] Die Abkühlung des Rohlings 2 kann mit einer Abkühlgeschwindigkeit erfolgen, die ausgewählt ist aus einem Bereich von 1 K/s bis 10 K/s. Gegebenenfalls kann der Schritt F auch als Abschrecken ausgeführt werden. In diesem Fall kann die Abkühleinrichtung 14 gleich wie die Abkühleinrichtung 8 ausgeführt sein.

[0080] Nach der Abkühlung kann das fertige Vorprodukt 1 mit der Coil-Wickelvorrichtung 12 aufgewickelt werden.

[0081] Nach einer Ausführungsvariante kann jedoch vorgesehen werden, dass der Rohling 2 vor dem Behandeln bei der dritten Temperatur in einem Schritt G (siehe Fig. 1) auf eine fünfte Temperatur erhitzt wird, die höher ist, also die dritte Temperatur. Dieser Schritt G kann in der Vorrichtung 13 durchgeführt werden.

[0082] Bevorzugt wird die fünfte Temperatur niedriger gewählt als die erste Temperatur. Weiter wird nach einer Ausführungsvariante die fünfte Temperatur vorzugsweise um einen Wert aus einem Bereich von 50 °C bis 150 °C, insbesondere von 60 bis 120 °, höher gewählt als die dritte Temperatur. Beispielsweise kann die fünfte Temperatur zwischen 175 °C und 250 °C und die dritte Temperatur zwischen 90 °C und 130 °C betragen, mit der Prämisse, dass die fünfte Temperatur jedenfalls höher ist als die dritte Temperatur.

[0083] Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Rohling 2 für eine Zeitspanne bis zu 300 Sekunden, beispielsweise zwischen 0,5 Sekunden und 300 Sekun-

7115

A ‚hes AT 528 211 B1 2025-11-15

Ss N

den, auf der fünften Temperatur gehalten wird.

[0084] Weiter kann der Rohling 2 von der fünften Temperatur mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 1 K/s und 20 K/s auf die dritte Temperatur abgekühlt werden. Das Abkühlen kann mit der Abkühleinrichtung 14 durchgeführt werden.

[0085] Anstelle der Abkühlung auf Raumtemperatur kann das Vorprodukt 1 mit der dritten Temperatur auf der Coil-Wickelvorrichtung 12 wieder zu einem Coil aufgewickelt werden.

[0086] Ein Temperaturverlauf dieses Verfahrens ist in Fig. 5 dargestellt. Dabei sind auf der horizontalen Achse die Zeit und auf der vertikalen Achse die Temperatur aufgetragen. Die erste Temperatur ist als T1, die zweite Temperatur als T2, die dritte Temperatur als T3, die vierte Temperatur als T4 und die fünfte Temperatur als T5 in der Darstellung wiedergegeben.

[0087] Nach der Abfolge der Verfahrensschritte A bis F bzw. A bis G ist das Vorprodukt 1 fertig und kann für die Bereitstellung zur Formgebung gelagert werden. Das Vorprodukt 1, kann in weiterer Folge als Coil einen Produzenten des Formteils 3 in einer Formgebungsanlage 15, wie sie als Beispiels in Fig. 4 dargestellt ist, übergeben werden. In dieser wird das Coil in einer Abwickelvorrichtung 16 abgewickelt und einer Vorrichtung 17 zur Formgebung des Vorprodukts 1 (im Folgenden nur mehr als Vorrichtung 17 bezeichnet) zugeführt.

[0088] Die Vorrichtung 17 ist eine Umformvorrichtung. Es erfolgt in der Vorrichtung 17 also keine Urformung aus einer Schmelze. Bevorzugt kann die Vorrichtung 17 eine Tiefziehvorrichtung sein. Die Vorrichtung 17 kann aber auch eine andere Umformvorrichtung sein, wie beispielsweise eine andere Zugdruck-Umformvorrichtung oder eine Druckumformvorrichtung, wie beispielsweise eine Gesenkschmiede, eine Rollformvorrichtung, etc., sein.

[0089] Für die Umformung des Vorprodukts 1 zum Formteil 3 kann die Vorrichtung 17 beispielsweise eine Matrize 18 und eine Stempel 19 aufweisen, wie dies an sich bekannt ist.

[0090] Gegebenenfalls kann das umgeformte Vorprodukt 1 in der Vorrichtung 17 auch einer schneidenden Bearbeitung unterzogen werden, wie beispielswiese einem Stanzschritt, wozu die Vorrichtung 17 entsprechende Schneidwerkzeuge aufweisen kann. Die schneidende Bearbeitung kann, sofern sie erforderlich ist, aber auch in einem gesonderten Verfahrensschritt erfolgen.

[0091] Zur Evaluierung der Erfindung wurden folgende Ausführungsbeispiele durchgeführt.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1:

[0092] Es wurde ein bandförmiger Rohling 2 aus einer Aluminiumlegierung der Reihe AA2024 eingesetzt. Dieser Rohling 2 wurde dem folgenden Temperaturverlauf unterzogen:

- Erhitzen auf eine erste Temperatur von 495 °C

- Abschrecken auf eine zweite Temperatur von 25 °C mit einer Abschreckgeschwindigkeit von 150 K/s

- Aussetzen einer Zugspannung zwischen 50 N/mm? und 250 N/mm? und einer Druckspannung zwischen 50 N/mm? und 250 N/mm? für eine Zeitspanne von 3 Sekunden bis 30 Sekunden

- Erhitzen auf eine dritte Temperatur von 200 °C für eine Zeitspanne von 2 Minuten bis 5 Minuten

- Abkühlen auf eine vierte Temperatur von 25 °C mit einer Abschreckgeschwindigkeit von 10 K/s

- Aufwickeln des fertigen Vorprodukts zum Coil.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2:

[0093] Das Ausführungsbeispiel 1 wurde wiederholt, wobei zusätzlich der Rohling 2 vor der dritten Temperatur auf eine fünfte Temperatur von 225 °C erhitzt und für 300 Minuten auf dieser Temperatur belassen wurde. Danach wurde der Rohling 2 mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 1 K/s auf die dritte Temperatur abkühlt.

A ‚hes AT 528 211 B1 2025-11-15

Ss N

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3:

[0094] Es wurde ein bandförmiger Rohling 2 aus einer Aluminiumlegierung der Reihe AA2024 eingesetzt. Dieser Rohling 2 wurde dem folgenden Temperaturverlauf unterzogen:

- Erhitzen auf eine erste Temperatur von 495 °C

- Abschrecken auf eine zweite Temperatur von 25 °C mit einer Abschreckgeschwindigkeit von 150 K/s

- Aussetzen einer Zugspannung zwischen 50 N/mm? und 200 N/mm? und einer Druckspannung zwischen 50 N/,m? und 200 N/,m? für eine Zeitspanne von 3 Sekunden bis 30 Sekunden

- Erhitzen auf eine dritte Temperatur von 225 °C für eine Zeitspanne von 2 Minuten bis 5 Minuten

- Abkühlen auf eine vierte Temperatur von 125 °C mit einer Abschreckgeschwindigkeit von 20 K/s

- Aufwickeln des fertigen Vorprodukts zum Coil.

[0095] Es konnte festgestellt werden, dass die hergestellten Vorprodukte 1 eine Streckgrenze (längs) Rp0,2 von mindestens 300 MPa, eine Zugfestigkeit Rm von mindestens 437 MPa und eine Dehnung von mindestens 19 % aufwiesen.

[0096] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus die Anlage 4 und die Formgebungsanlage 15 nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt sind.

A ‚hes AT 528 211 B1 2025-11-15

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Vorprodukt

2 Rohling

3 Formteil

4 Anlage

5 Coil

6 Vorrichtung

7 Vorrichtung

8 Abkühleinrichtung

9 Vorrichtung

10 Umlenkwalze

11 Druckwalze

12 Coil-Wickelvorrichtung 13 Vorrichtung

14 Abkühleinrichtung 15 Formgebungsanlage 16 Abwickelvorrichtung 17 Vorrichtung

18 Matrize 19 Stempel A Schritt B Schritt C Schritt D Schritt E Schritt F Schritt „GG Schritt

10 / 15

Claims (16)

A ‚hes AT 528 211 B1 2025-11-15 Ss N Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Vorprodukts (1) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, für die Herstellung eines Formteils (3) umfassend die Schritte:

- Bereitstellen eines Rohlings (2),

- Erhitzen des Rohlings (2) auf eine erste Temperatur, die zumindest die Lösungsglühtemperatur des metallischen Werkstoffes ist,

- Abschrecken des Rohlings (2) oder zumindest eines Bereichs des Rohlings (2) auf eine zweite Temperatur, zur Vermeidung einer Umkristallisation des bei der ersten Temperatur gebildeten Gefüges des metallischen Werkstoffes,

- Behandeln des abgeschreckten Rohlings (2) bei einer dritten Temperatur, die höher ist als die zweite Temperatur;

- Abkühlen des Rohlings (2) von der dritten Temperatur auf eine vierte Temperatur,

dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) nach dem Erhitzen auf die erste Temperatur und vor dem Erhitzen auf die dritte Temperatur einer Zug- und/oder Druckbelastung ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zug- und/oder Druckbelastung durch zumindest einmaliges Umlenken des Rohlings (2) in einem Walzwerk durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) einer Zugspannung zwischen 50 N/mm? und 200 N/mm? und/oder einer Druckspannung zwischen 50 N/mm? und 200 N/mm? ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) mehrmals hintereinander einer Zugbeanspruchung und einer Druckbeanspruchung ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) vor dem Behandeln bei der dritten Temperatur auf eine fünfte Temperatur erhitzt wird, die höher ist, also die dritte Temperatur.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Temperatur niedriger gewählt wird als die erste Temperatur.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Temperatur um 50 °C bis 150 °C höher gewählt wird als die dritte Temperatur.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) für eine Zeitspanne von bis zu 300 Sekunden auf der fünften Temperatur gehalten wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) von der fünften Temperatur mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 1 K/s und 20 K/s auf die dritte Temperatur abgekühlt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) mit der dritten Temperatur zu einem Coil aufgewickelt wird.

11. Verfahren zum Herstellen eines Formteils (3) aus einem Vorprodukt (1) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, wonach das Vorprodukt (1) in einem Formwerkzeug umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorprodukt (1) vor der Formgebung aus einem Rohling (2) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wird.

12. Anlage (4) zum Herstellen eines Vorprodukts (1) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, für die Herstellung eines Formteils (3), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend eine erste Vorrichtung (7) zur Erhitzung eines Rohlings (2) aus dem metallischen Werkstoff auf eine erste Temperatur, eine erste Abkühleinrichtung (8) für das zumindest bereichsweise Ab-

schrecken des Rohlings (2) auf eine zweite Temperatur, eine zweite Vorrichtung (13) zur Erhitzung des Rohlings (2) auf eine dritte oder fünfte Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Vorrichtung (7, 13) zur Erhitzung des Rohlings (2) eine Vorrichtung (9) zur Zug- und/oder Druckbeaufschlagung des Rohlings (2) angeordnet ist.

13. Anlage (4) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) zur Zugund/oder Druckbeaufschlagung ein Walzwerk ist.

14. Anlage (4) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach der zweiten Vorrichtung (13) zur Erhitzung des Rohlings (2) eine Coil-Wickelvorrichtung (12) angeordnet ist.

15. Anlage (4) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach der zweiten Vorrichtung (13) zur Erhitzung des Rohlings (2) eine zweite Abkühleinrichtung (14) angeordnet ist.

16. Anlage (4) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Coil-Wickelvorrichtung (12) nach der zweiten Abkühleinrichtung (14) angeordnet ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen